CN103063538A - 一种污泥比阻的测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种污泥比阻的测量装置及方法，其装置包括脱水容器、油缸、压头、污泥流量计和水流量计，脱水容器内设置滤布，压头设于脱水容器内，压头顶部与油缸连接，与脱水容器的污泥进口端连接的污泥管道上设有污泥流量计，与脱水容器的滤液出口端连接的滤液管道上设有水流量计；其方法是污泥通过污泥管道送至脱水容器内，油缸控制压头对污泥进行挤压脱水，测量计算污泥在脱水过程中滤液流量与脱水时间形成的线性方程，并计算泥饼含固量，从而计算污泥比阻。本发明装置结构简单，无需在真空环境中进行污泥脱水，其方法与工业生产中处理污泥的方式相接近，因此可应用于工业生产，降低污泥回收成本，同时为造纸污泥提供标准化的技术指标。

Description

一种污泥比阻的测量装置及方法

技术领域

本发明涉及造纸污泥处理技术领域，特别涉及一种污泥比阻的测量装置及方法。

背景技术

造纸污泥的综合利用主要有土地利用、热量回收利用和建材利用。经过充分腐熟的造纸污泥含有较多的有机质，含有一定量的N、P、K肥效，腐熟后的纤维、木素等有助于改善土壤离子交换水平，填料中的钙可很好改善酸性土壤，有着良好的土地利用价值。干污泥热值在2000~3000Kcal/kg之间，可作为燃料焚烧进行热量回收利用，其无机部分可作为水泥、砖等建材的原料，还可进行造纸填料的回收。可见造纸污泥含有的固体成分具有良好的、广泛的利用价值。

但由于其难以脱水的特性，目前压滤脱水后的泥饼仍含有高达70~80%的大量水分，其利用价值远不能补偿利用前的干燥脱水成本，因而阻碍了各种综合利用途径的实际应用。所以造纸污泥的低成本脱水是各种处置和利用方法的关键技术支撑，是造纸污泥价值回收利用的经济可行性保障。

而要实现低成本提高污泥干度，首先必须对污泥的水分特性进行测量，实验及评价调质剂的选择性及其效果，制定原料污泥的调质工艺，由于我国造纸企业地域分布较广，所用的造纸原料和制浆工艺差别也较大，因此产生的造纸污泥特性也不尽相同。因此建立造纸污泥特性的检测系统，为不同的造纸污泥资源化利用提供各自适宜的途径是非常必要的。

实现造纸污泥应用和处理过程中的定量分析和检测，并为应用造纸污泥提供标准化的技术指标，为低成本处理造纸污泥、资源化利用造纸污泥提供重要的研究手段。

现有测量污泥水分的方法，是将污泥中的水分分为自由水、束缚水，较详细的一种水形态划分方法是将污泥中的水分划分为自由水、间隙水、吸附水和结合水四形态。但这种划分目前没有定量测定方法，因此在大多对水分的定量测定中简单将污泥中的水分划分为自由水和束缚水。针对污泥脱水过程的固液分离特性，研究者们采用低温干燥、膨胀计、DTA(differential thermal analysis)和DSC(differential scanning calorimetry)等方法，测定污泥中的束缚水含量，从污泥中水分特征的角度进行了深入的研究。Clegg用DSC法测出了污泥中难以用机械力去除的自由水含量。这些测定方法，都需要在实验室利用复杂的过程来测定，并且测量出来的结果，对实际污泥处理难以起到生产指导作用，只能作为一种研究手段加以利用，

而现有测量污泥比阻的方法是：在一定压力下，单位过滤面积上单位干重的滤饼所具有的阻力。它在数值上等于黏滞度为1时，滤液通过单位质量的滤饼产生单位滤液流率所需要的压差。比阻的大小一般采用布氏漏斗通过测定污泥滤液滤过介质的速率快慢来确定，即

其中，需在实验条件下求出斜率b和ω。b可在定压下通过测定一系列的t-V数据，用图解法求取，ω按下式计算：

$\mathrm{\ω}=\frac{C_0{C}_b}{C_b-C_0}\×{10}^3,$

式中，C₀为污泥含固率（%），C_b为泥饼含固率（%），ω为滤布单位体积的滤液在过滤介质上截流的滤饼干固体质量（kg/m³）。

将所得的b、ω代入公式

即可求出比阻R。在国际单位制（SI）中，比阻的单位为m/kg或cm/g；在CGS制中，比阻的单位为s²/g。

而针对污泥比阻的测量装置，一般是通过抽真空过滤污泥，获得上述数据从而计算比阻值。然而，利用真空抽取水分，与实际处理污泥的方法不同，实际生产中，处理污泥常用压滤方法，因而利用真空抽取水分的方法反映的污泥比阻值与实际生产偏差较大，同时由于污泥中的杂质较多，滤饼层易产生漏气，从而影响真空度，造成测量值的偏差增大。

因此，有必要寻求一种简单易行的方法，与常用污泥滤水方法可相结合的测量方法，来测量污泥在不同工况下的水分，用以表征污泥水分各形态含量，并形成标准化，针对不同污泥进行标准化的比较，为污泥处理提供标准化的依据。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单且可应用于工业生产的污泥比阻的测量装置。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述装置实现的污泥比阻的测量方法。

本发明的技术方案为：一种污泥比阻的测量装置，包括脱水容器、油缸、压头、污泥流量计和水流量计，脱水容器内设置滤布，压头设于脱水容器内，压头的顶部与油缸连接，油缸外接液压系统，与脱水容器的污泥进口端连接的污泥管道上设有污泥流量计，与脱水容器的滤液出口端连接的滤液管道上设有水流量计。

所述污泥管道上还设有污泥阀门，滤液管道上还设有滤液阀门。

所述滤液管道的末端外接滤液收集罐。

所述脱水容器机架和脱水罐，脱水罐固定于机架上，脱水罐上部为中空的圆罐结构，脱水罐下部为倒锥形的漏斗结构；滤布设于圆罐结构的底部，压头设于圆罐结构内的滤布上方。

所述污泥进口端设于圆罐结构的侧壁上，滤液出口端设于漏斗结构的底部。

所述油缸、污泥流量计和水流量计分别外接控制器，可由控制器控制油缸的动作，同时记录污泥流量计和水流量计的读数。

本污泥比阻的测量装置使用时，其原理是：造纸污泥通过污泥管道送至脱水容器内，油缸控制压头对污泥进行挤压脱水，测量计算造纸污泥在脱水过程中滤液流量与脱水时间形成的线性方程，并计算所得到的滤饼的泥饼含固量，从而计算造纸污泥的污泥比阻。通过设置油缸压力的设定值，该装置可应用于低压脱水、中压脱水和高压脱水。

本发明通过上述装置实现一种污泥比阻的测量方法，包括以下步骤：

（1）在脱水容器中放入滤布，污泥管道通过污泥进口端向脱水容器中通入污泥；

（2）污泥在脱水容器中靠重力过滤，滤液由滤液管道排出，持续时间t₁，然后通过水流量计记录滤液体积，记为V₀；

（3）启动油缸，待油缸压力达到设定值时，通过水流量计记录滤液体积V₁，

（4）油缸驱动压头下压，压头挤压脱水容器内的污泥，每隔时间t₂记录一次滤液体积，记为V'；

（5）过滤完成后，将得到的滤饼放入烘箱，在105℃的温度下烘干，测量泥饼含固率C_b，然后通过以下公式计算滤饼干固体质量：

$\mathrm{\ω}=\frac{C_0{C}_b}{C_b-C_0}\×{10}^3,$

式中，C₀为污泥含固率，C_b为泥饼含固率，ω为滤饼干固体质量；

再通过以下公式计算污泥比阻：

$R=\frac{{2\mathrm{pA}}^2}{\mathrm{\μ}}\·\frac{b}{\mathrm{\ω}},$

式中，b为t₂和（V′-V₁）所形成的线性方程的比例系数，p为油缸压力的设定值，A为滤饼的底面积，μ取常数1。

其中，所述滤布是直径为7cm的300目滤布。

所述油缸压力的设定值为标准低压1Mpa、标准中压3MPa或标准高压6MPa；步骤（5）中过滤完成的时间为2h。

所述t₁为1min；t₂为5s、10s或15s。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本污泥比阻测量方法通过测量计算造纸污泥在脱水过程中滤液流量与脱水时间形成的线性方程，并计算所得到的滤饼的泥饼含固量，从而计算造纸污泥的污泥比阻；利用标准压力下脱水量来表征污泥水份的含量，与工业中实际处理污泥的方法相接近，其表征的数据更简单直接，可大范围应用于工业生产中。

本污泥比阻测量装置结构简单，无需在真空环境中进行污泥脱水，与工业生产中处理污泥的方式相接近，因此可较好地应用于工业生产，降低造纸污泥的回收利用成本，同时为造纸污泥提供标准化的技术指标。

附图说明

图1为本污泥比阻的测量装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例一种污泥比阻的测量装置，如图1所示，包括脱水容器1、油缸2、压头3、污泥流量计4和水流量计5，脱水容器1内设置滤布6，压头设于脱水容器内，压头的顶部与油缸连接，油缸外接液压系统，与脱水容器的污泥进口端连接的污泥管道7上设有污泥流量计，与脱水容器的滤液出口端连接的滤液管道8上设有水流量计。

污泥管道上还设有污泥阀门9，滤液管道上还设有滤液阀门10。

滤液管道的末端外接滤液收集罐11。

脱水容器机架和脱水罐，脱水罐固定于机架上，脱水罐上部为中空的圆罐结构，脱水罐下部为倒锥形的漏斗结构；滤布设于圆罐结构的底部，压头设于圆罐结构内的滤布上方。

污泥进口端设于圆罐结构的侧壁上，滤液出口端设于漏斗结构的底部。

油缸、污泥流量计和水流量计分别外接控制器，可由控制器控制油缸的动作，同时记录污泥流量计和水流量计的读数。

本污泥比阻的测量装置使用时，其原理是：造纸污泥通过污泥管道送至脱水容器内，油缸控制压头对污泥进行挤压脱水，测量计算造纸污泥在脱水过程中滤液流量与脱水时间形成的线性方程，并计算所得到的滤饼的泥饼含固量，从而计算造纸污泥的污泥比阻。通过设置油缸压力的设定值，该装置可应用于低压脱水、中压脱水和高压脱水。

本实施例通过上述装置实现一种污泥比阻的测量方法，包括以下步骤：

（1）在脱水容器中放入滤布，污泥管道通过污泥进口端向脱水容器中通入污泥；

（2）污泥在脱水容器中靠重力过滤，滤液由滤液管道排出，持续时间t₁，然后通过水流量计记录滤液体积，记为V₀；

（3）启动油缸，待油缸压力达到设定值时，通过水流量计记录滤液体积V₁，

（4）油缸驱动压头下压，压头挤压脱水容器内的污泥，每隔时间t₂记录一次滤液体积，记为V'；

（5）过滤完成后，将得到的滤饼放入烘箱，在105℃的温度下烘干，测量泥饼含固率C_b，然后通过以下公式计算滤饼干固体质量：

$\mathrm{\ω}=\frac{C_0{C}_b}{C_b-C_0}\×{10}^3,$

式中，C₀为污泥含固率，C_b为泥饼含固率，ω为滤饼干固体质量；

再通过以下公式计算污泥比阻：

$R=\frac{{2\mathrm{pA}}^2}{\mathrm{\μ}}\·\frac{b}{\mathrm{\ω}},$

式中，b为t₂和（V′-V₁）所形成的线性方程的比例系数，p为油缸压力的设定值，A为滤饼的底面积，μ取常数1。

其中，滤布采用直径为7cm的300目滤布。

油缸压力的设定值为标准低压1Mpa、标准中压3MPa或标准高压6MPa；步骤（5）中过滤完成的时间为2h。

t₁为1min；t₂为5s、10s或15s。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种污泥比阻的测量装置，其特征在于，包括脱水容器、油缸、压头、污泥流量计和水流量计，脱水容器内设置滤布，压头设于脱水容器内，压头的顶部与油缸连接，油缸外接液压系统，与脱水容器的污泥进口端连接的污泥管道上设有污泥流量计，与脱水容器的滤液出口端连接的滤液管道上设有水流量计。

2.根据权利要求1所述一种污泥比阻的测量装置，其特征在于，所述污泥管道上还设有污泥阀门，滤液管道上还设有滤液阀门。

3.根据权利要求1所述一种污泥比阻的测量装置，其特征在于，所述滤液管道的末端外接滤液收集罐。

4.根据权利要求1所述一种污泥比阻的测量装置，其特征在于，所述脱水容器机架和脱水罐，脱水罐固定于机架上，脱水罐上部为中空的圆罐结构，脱水罐下部为倒锥形的漏斗结构；滤布设于圆罐结构的底部，压头设于圆罐结构内的滤布上方。

5.根据权利要求4所述一种污泥比阻的测量装置，其特征在于，所述污泥进口端设于圆罐结构的侧壁上，滤液出口端设于漏斗结构的底部。

6.根据权利要求1所述一种污泥比阻的测量装置，其特征在于，所述油缸、污泥流量计和水流量计分别外接控制器。

7.根据权利要求1~6任一项所述装置实现一种污泥比阻的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）在脱水容器中放入滤布，污泥管道通过污泥进口端向脱水容器中通入污泥；

（2）污泥在脱水容器中靠重力过滤，滤液由滤液管道排出，持续时间t₁，然后通过水流量计记录滤液体积，记为V₀；

（3）启动油缸，待油缸压力达到设定值时，通过水流量计记录滤液体积V₁，

（4）油缸驱动压头下压，压头挤压脱水容器内的污泥，每隔时间t₂记录一次滤液体积，记为V'；

（5）过滤完成后，将得到的滤饼放入烘箱，在105℃的温度下烘干，测量泥饼含固率C_b，然后通过以下公式计算滤饼干固体质量：

$\mathrm{\ω}=\frac{C_0{C}_b}{C_b-C_0}\×{10}^3,$

式中，C₀为污泥含固率，C_b为泥饼含固率，ω为滤饼干固体质量；

再通过以下公式计算污泥比阻：

$R=\frac{{2\mathrm{pA}}^2}{\mathrm{\μ}}\·\frac{b}{\mathrm{\ω}},$

式中，b为t₂和（V′-V₁）所形成的线性方程的比例系数，p为油缸压力的设定值，A为滤饼的底面积，μ取常数1。

8.根据权利要求7所述一种污泥比阻的测量方法，其特征在于，所述滤布是直径为7cm的300目滤布。

9.根据权利要求7所述一种污泥比阻的测量方法，其特征在于，所述油缸压力的设定值为标准低压1Mpa、标准中压3MPa或标准高压6MPa；步骤（5）中过滤完成的时间为2h。

10.根据权利要求7所述一种污泥比阻的测量方法，其特征在于，所述t₁为1min；t₂为5s、10s或15s。